畢業(yè)設(shè)計(jì)凸輪軸的設(shè)計(jì)與加工工藝的編制

PAGEPAGE27畢業(yè)設(shè)計(jì)論文凸輪軸的設(shè)計(jì)與加工工藝的編制摘要凸輪軸作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其性能直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。因此凸輪軸的加工工藝有特殊要求，合理的加工工藝對(duì)于降低加工成本、減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及合理布置凸輪軸生產(chǎn)線具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)凸輪軸的加工特點(diǎn)，結(jié)合工廠的實(shí)際，從前期規(guī)劃開始，對(duì)凸輪軸的加工工藝進(jìn)行了深入的分析、研究。建立了用數(shù)控?zé)o靠模方法。對(duì)凸輪廓形進(jìn)行計(jì)算和推倒，對(duì)凸輪輪廓的加工進(jìn)行了探討并提出適用于發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的加工方法。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；凸輪軸；工藝分析ProductionProcessandTechnologyofCamshaftforAutomobile[Abstract]CamshaftEngineValveasakeycomponentinitsperformancedirectlyaffectstheoverallperformanceoftheengine.

Therefore,theprocessingtechnologycamshafthasspecificrequirementsforareasonableprocesstoreduceprocessingcosts,reduceproductionprocessesandtherationalarrangementofthecamshaftproductionlineofgreatpracticalsignificance.

Inthispaper,theprocessingcharacteristicsofthecamshaft,withtheactualplant,startingfromthepre-planning,onthecamshaftoftheprocessconductedin-depthanalysisandresearch.

EstablishedbythemodelwiththeNC-freemethod.

Convexcontourshapeofcalculatedandpulleddowntheprocessingofthecamprofilearediscussedandmadeapplicabletotheprocessingmethodoftheenginecamshaft.

Keywords:engine;camshaft;ProcessAnalysis

第一章引言凸輪軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中重要的零件，凸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。凸輪軸專司控制內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣門和排氣門開啟和關(guān)閉的時(shí)間。就其功能而言，凸輪軸多少年來都沒有什么改變。自從氣門控制的內(nèi)燃機(jī)問世以來，直至今天凸輪軸還是以曲軸轉(zhuǎn)速之半運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，凸輪軸設(shè)計(jì)的發(fā)展從來都沒有停止過:在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中，凸輪軸的位置已經(jīng)從下置式改成了上置式。上置式凸輪軸通過挺桿、圓柱齒輪、鏈條、搖臂或者輥?zhàn)与S動(dòng)件驅(qū)動(dòng)頂置式氣門。此外，由于采用多氣門的緣故，每一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)凸輪軸的數(shù)量也增加了。還開發(fā)了各種各樣可變氣門定時(shí)的凸輪軸。同時(shí)，在材料和制造工藝上也發(fā)生了改變。近年來，又因環(huán)境保護(hù)的需要，正在開發(fā)低油耗、無(wú)污染的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。為解決汽車尾氣無(wú)污染排放問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高輸出功率，許多發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門及配氣相位、氣門升程可變的結(jié)構(gòu)，這就增加了氣門彈簧的載荷。同時(shí)，為降低油耗及摩擦損耗，輪與搖臂間采用滾子結(jié)構(gòu)，凸輪與滾子的接觸面形成高壓力區(qū)。另外，為達(dá)到汽車輕型化、低成本的目的，在不影響各個(gè)零件性能要求的前提下，應(yīng)該使零件盡可能簡(jiǎn)化加工、降低重量，材料使更趨合理。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件，尤其是凸輪軸的設(shè)計(jì)必須重新考慮，要求其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小，能承受更高接觸壓力，更好的耐膠著、耐點(diǎn)蝕、耐磨損的能力。在配氣機(jī)構(gòu)中，對(duì)凸輪軸各個(gè)部位的性能要求是不同的。對(duì)于凸輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點(diǎn)蝕;對(duì)于軸頸要求滑動(dòng)性能好；對(duì)于軸則要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各部位金屬性能相同。這種由單一金屬組成的凸輪軸很難達(dá)到上述要求。因此，質(zhì)量小、加工成本低、材料利用合理的裝配式凸輪軸（圖1-1）受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。目前在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，裝配式凸輪軸制造新技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)中。而且，這一改變進(jìn)程還沒有到達(dá)發(fā)展的盡頭，因?yàn)椴捎秒姶艢忾T驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的無(wú)凸輪軸內(nèi)燃機(jī)離成批生產(chǎn)還需要時(shí)間。凸輪軸是一種不斷地加速和減速的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。這種加速和減速伴隨著能量的消耗。減輕凸輪軸的質(zhì)量可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能發(fā)揮積極影響。所以今天凸輪軸上的創(chuàng)新往往與減輕重量分不開。第二章凸輪軸工作特性2.1凸輪軸的概念凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，專門負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣，并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸直接通過搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，維修起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于轎車。2.2凸輪軸的作用凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，專門負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣，并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸直接通過搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，維修起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于轎車。2.3凸輪軸的特點(diǎn)１．凸輪軸的結(jié)構(gòu)凸輪軸凸輪軸的主體是一根與汽缸組長(zhǎng)度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個(gè)凸輪，用于驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點(diǎn)，另一端與驅(qū)動(dòng)輪相連接。凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。其設(shè)計(jì)的目的在于保證汽缸充分的進(jìn)氣和排氣，具體來說就是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成氣門的開、閉動(dòng)作。另外考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性，氣門也不能因開閉動(dòng)作中的加減速過程產(chǎn)生過多過大的沖擊，否則就會(huì)造成氣門的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其它嚴(yán)重后果。因此，凸輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩輸出以及運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性有很直接的關(guān)系。一般來說直列式發(fā)動(dòng)機(jī)中，一個(gè)凸輪都對(duì)應(yīng)一個(gè)氣門，V型發(fā)動(dòng)機(jī)或水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)則是每?jī)蓚€(gè)氣門共享一個(gè)凸輪。而轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)閥配氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，并不需要凸輪。雖然在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)里，凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，但是它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的轉(zhuǎn)矩，因此對(duì)凸輪軸的強(qiáng)度和可靠支撐方面的要求很高。凸輪軸的主體是１根與氣缸組長(zhǎng)度相同的圓柱體，上面加工有若干個(gè)凸輪，凸輪軸的材質(zhì)一般是特種鑄鐵，有時(shí)也采用鍛剛和合金制造。大多數(shù)凸輪軸的內(nèi)部被制造成中空結(jié)構(gòu)，這不僅可以降低凸輪軸的質(zhì)量，同時(shí)也提高了凸輪軸承受載荷的能力。凸輪軸上還加工有潤(rùn)滑油道，潤(rùn)滑油由此經(jīng)過，為凸輪軸、搖臂軸以及搖臂等部件提供潤(rùn)滑。圖2-1所示是三菱４Ｇ６３ＤＯＨＣ發(fā)動(dòng)機(jī)使用的凸輪軸。圖2-1２．凸輪軸的位置凸輪軸在以前很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，底置式凸輪軸在內(nèi)燃機(jī)中最為常見。通常這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣門位于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部，即所謂的OHV（OverHeadValve，頂置氣門）式發(fā)動(dòng)機(jī)。此時(shí)通常凸輪軸位于曲軸箱的側(cè)面，通過配氣機(jī)構(gòu)（如挺桿、推桿、搖臂等）對(duì)氣門進(jìn)行控制。因此底置式凸輪軸一般也叫側(cè)置式凸輪軸。由于在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中凸輪軸距離氣門較遠(yuǎn)，而且每個(gè)氣缸通常只有兩個(gè)氣門，因此轉(zhuǎn)速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也比較低。不過這種結(jié)構(gòu)的引擎輸出扭矩和低速性能比較出色，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，易于維修。現(xiàn)在大多數(shù)量產(chǎn)車的發(fā)動(dòng)機(jī)配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)使凸輪軸更加接近氣門，減少了底置式凸輪軸由于凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的往返動(dòng)能的浪費(fèi)。頂置式凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)由于氣門開閉動(dòng)作比較迅速，因而轉(zhuǎn)速更高，運(yùn)行的平穩(wěn)度也比較好。較早出現(xiàn)的頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)是SOHC（SingleOverHeadCam，頂置單凸輪軸）式發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在頂部只安裝了一根凸輪軸，因此一般每個(gè)汽缸只有兩到三個(gè)氣門（進(jìn)氣一到兩個(gè)，排氣一個(gè)），高速性能受到了限制。而技術(shù)更新一些的則是DOHC式（DoubleOverHeadCam，頂置雙凸輪軸）發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)由于配備了兩根凸輪軸，每個(gè)汽缸可以安裝四到五個(gè)氣門（進(jìn)氣二到三個(gè)，排氣二個(gè)），高速性能得到了顯著的提升，不過與此同時(shí)低速性能會(huì)受到一定的影響，結(jié)構(gòu)也會(huì)變得復(fù)雜，不易維修。發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式。轎車發(fā)動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速較快，每分鐘轉(zhuǎn)速可達(dá)5000轉(zhuǎn)以上，為保證進(jìn)排氣效率，都采用進(jìn)氣門和排氣門倒掛的形式，即頂置式氣門裝置，這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。但是，如果采用下置式或者中置式的凸輪軸，由于氣門與凸輪軸的距離較遠(yuǎn)，需要?dú)忾T挺桿和挺柱等輔助零件，造成氣門傳動(dòng)機(jī)件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)體積大，而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下還容易產(chǎn)生噪聲，而采用頂置式凸輪軸則可以改變這種現(xiàn)象。所以，現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用了頂置式凸輪軸，將凸輪軸配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的上方，縮短了凸輪軸與氣門之間的距離，省略了氣門的挺桿和挺柱，簡(jiǎn)化了凸輪軸到氣門之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝方式可以減少整個(gè)系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，提高了傳動(dòng)效率。３．凸輪軸的分類凸輪軸按凸輪軸數(shù)目的多少，可分為單頂置凸輪軸(SOHC)和雙頂置凸輪軸(DOHC)兩種。單頂置凸輪軸就是只有一根凸輪軸，雙頂置凸輪軸就是有兩根。單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸，直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。以往一般采用的側(cè)置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側(cè)面，由正時(shí)齒輪直接驅(qū)動(dòng)。為了把凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為氣門的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須使用氣門挺桿來傳遞動(dòng)力。這樣，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件較多，慣性質(zhì)量大，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)動(dòng)。而且，細(xì)長(zhǎng)的挺桿具有一定的彈性，容易引起振動(dòng)，加速零件磨損，甚至使氣門失去控制。頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門，另一根用于驅(qū)動(dòng)排氣門。采用雙頂置凸輪軸對(duì)凸輪軸和氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求不高，特別適用于氣門V形配置的半球形燃燒室，也便于和四氣門配氣機(jī)構(gòu)配合使用。4．凸輪軸毛坯的種類在制定工藝規(guī)程時(shí)，正確的選擇毛坯具有重要意義。它不僅影響毛坯的制造工藝設(shè)備及制造費(fèi)用，還影響零件的機(jī)加工工藝，設(shè)備和刀具的消耗及工時(shí)訂額。正確的選用毛坯需要毛坯制造和機(jī)加工工藝人員緊密配合，兼顧冷熱加工兩個(gè)方面的要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，凸輪軸承受氣門開啟的周期性沖擊載荷。所以，要求凸輪軸和支承軸頸表面應(yīng)耐磨，凸輪軸本身應(yīng)具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需經(jīng)熱處理。對(duì)于凸輪軸材料目前國(guó)內(nèi)外主要選用鑄鐵（冷硬鑄鐵，可淬硬鑄鐵，球墨鑄鐵）和鋼（中碳鋼，滲碳鋼）。第三章國(guó)內(nèi)外凸輪軸的生產(chǎn)與研究概況3.1國(guó)外凸輪軸的生產(chǎn)方法a、鋼質(zhì)鍛造毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分頻淬火形成馬氏體層。b、20世紀(jì)70年代末德國(guó)和法國(guó)相繼開發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝。在電弧高溫作用下，利用氬氣層流的保護(hù)，在凸輪表面形成微小熔池，電弧轉(zhuǎn)移后，靠工件自身吸熱使熔池激冷而得到細(xì)小的萊氏體。體組織。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是凸輪的晶粒細(xì)小、耐磨性比冷硬鑄鐵高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低、成本低等。目前，我國(guó)已引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。c、以美國(guó)為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸。它是用合金鑄鐵凸輪軸毛坯通過高、中頻淬火，在凸輪周邊獲得回火馬氏體、少量碳化物、少量殘余奧氏體及細(xì)條狀石墨混合組織的耐磨層，其中細(xì)條狀石墨有儲(chǔ)油、自潤(rùn)滑作用。這種凸輪軸的抗擦傷性次于冷硬鑄鐵凸輪軸，但比鋼質(zhì)凸輪軸好；抗疲勞能力比冷硬鑄鐵凸輪軸好，但比鋼質(zhì)凸輪軸差。d、以日本和法國(guó)為主的冷硬鑄鐵凸輪軸。e、組合式凸輪軸3.2國(guó)內(nèi)凸輪軸的生產(chǎn)方法a、鋼質(zhì)鍛造毛坯或合金鑄鐵毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分經(jīng)高頻淬火形成馬氏體層。如一汽CA1091型汽油機(jī)凸輪軸用45號(hào)鋼；上海汽車鑄造總廠采用殼型加鋼丸填充物生產(chǎn)凸輪軸毛坯，然后凸輪桃尖表面淬火，此法需要投入鋼丸回收設(shè)備，工藝較復(fù)雜。b、凸輪部位用Cr-Mn-Mo合金涂料進(jìn)行鑄件表面合金化，獲得一定厚度的白口層，從而保證工作部位的硬度，提高了耐磨性（如四川銅江機(jī)械廠）。c、冷硬鑄鐵凸輪軸。江西凸輪軸廠采用普通粘土砂造型，生產(chǎn)493QCr-Mo-Ni冷硬鑄鐵凸輪軸(0.8%～1.0%Cr、0.15%～0.25%Mo、0.15%～0.25%Ni)國(guó)營(yíng)102廠采用304樹脂自硬砂造型生產(chǎn)(Cr-Mo-Cu)冷硬鑄鐵凸輪軸(0.25%～0.40%Cr、0.25%～0.40%Mo、0.80%～1.2%Cu)。東風(fēng)本田公司采用殼型覆膜砂造型生產(chǎn)QCr-Mo-Ni-Te冷硬鑄鐵凸輪軸(0.45%～0.65%Cr、0.60%～0.80%Mo、0.8%～1.1%Ni、0.0004%～0.0007%Te)。僅凸輪桃尖180°采用冷鐵激冷，每個(gè)凸輪只需一個(gè)冷鐵，殼型砂樹脂和殼型粘結(jié)劑均為日本進(jìn)口，該公司也曾經(jīng)生產(chǎn)過此種凸輪軸。表3-1幾種主要鑄鐵凸輪軸工藝及性能特點(diǎn)對(duì)照表冷激鑄鐵凸輪軸可淬硬鑄鐵凸輪軸氬弧重熔鑄鐵凸輪軸生產(chǎn)工藝在鑄型內(nèi)形成凸輪的型腔周邊需要耐磨的地方放置冷鐵塊，當(dāng)高溫鐵水澆入型腔時(shí)，利用冷鐵塊對(duì)高溫鐵水的激冷作用，使凸輪表面獲得萊氏體組織（即白口鐵）的耐磨層用合金鑄鐵凸輪軸毛坯通過火焰（或中頻）淬火，使凸輪周邊獲得回火馬氏體加少量碳化物加少量殘余奧氏體及細(xì)條狀石墨混合組成的耐磨層采用高熔點(diǎn)的鎢棒作電極，在氬氣層流的保護(hù)下，依靠不熔化的鎢棒與凸輪之間產(chǎn)生的電弧熔化鑄鐵表面，在凝固使凸輪表面由原來的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體耐磨層凸輪表面組織萊氏體（含有大量針狀碳化物）回火馬氏體加少量碳化物加少量殘余奧氏體及細(xì)條狀石墨萊氏體抗磨能力特別好較好與冷激鑄鐵凸輪軸相當(dāng)抗擦傷性能特別好次于冷激鑄鐵凸輪軸，比鋼質(zhì)凸輪軸好與冷激鑄鐵凸輪軸相當(dāng)抗疲勞能力較差較好，但比鋼質(zhì)凸輪軸差可與淬硬鑄鐵凸輪軸相當(dāng)市場(chǎng)占有量約64%約20%約16%優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)工序少、耗能少、成本最低鑄造工藝較為簡(jiǎn)單化學(xué)成分對(duì)金相組織的影響不如激冷凸輪軸敏感，抗點(diǎn)蝕能力比激冷凸輪軸略高缺點(diǎn)抗疲勞能力較差需通過火焰（或中頻）淬火、能耗大，成本也較高重熔前需將凸輪軸預(yù)熱、保溫、緩冷，工藝復(fù)雜、成本高應(yīng)用汽車凸輪軸、挺桿應(yīng)用最廣泛中、小型高速發(fā)動(dòng)機(jī)上，以美國(guó)為主以德國(guó)大眾為主第四章凸輪軸毛坯生產(chǎn)的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)工藝均采用整體式鍛造或鑄造法生產(chǎn)凸輪軸。近年來，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和向小型化的發(fā)展，凸輪軸潤(rùn)滑方式由浸油潤(rùn)滑改為中心孔通油到軸徑潤(rùn)滑，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)高度和潤(rùn)滑泄漏。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)空心凸輪軸問世了，隨著市場(chǎng)對(duì)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)需求量的增大，空心凸輪軸將隨之成為今后凸輪軸的主流產(chǎn)品。最初，空心凸輪軸制造工藝大多是使用實(shí)心鑄造凸輪軸毛坯鉆削中心孔，由于鑄件易出現(xiàn)組織偏析，性能不均勻現(xiàn)象，這使得細(xì)長(zhǎng)中心孔的鉆削加工變得十分困難，經(jīng)常發(fā)生鉆偏或鉆頭卡斷現(xiàn)象。而采用鑄造工藝直接鑄出凸輪軸中心孔，又會(huì)形成偏心，有時(shí)甚至發(fā)生軸徑小油孔不能與中心孔相通的情況。基于上述事實(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家中像美國(guó)Ford、GM、Chrysler，法國(guó)Renault，德國(guó)VW、意大利Fiat等汽車公司的發(fā)動(dòng)機(jī)廠家開始研制、使用組合式空心凸輪軸。組合式凸輪軸技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷三代：第一代熱裝法。裝配間隙要求嚴(yán)格，鋼管和凸輪內(nèi)孔需要精確加工，效率低，10分鐘左右裝配一根，相位角控制困難，扭矩可靠性差；第二代鍵連接式。凸輪內(nèi)孔加工出鍵槽，鋼珠通過鋼管內(nèi)擠壓，形成鍵連接。該方法工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴。第三代內(nèi)高壓液壓裝配。該方法為最新裝配技術(shù)，具有效率高，易于控制，連接可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合批量生產(chǎn)。目前，國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)廠家組合式空心凸輪軸的裝配方法大多還停留在第一代和第二代裝配方法，第三代內(nèi)高壓液壓裝配方法剛剛開始應(yīng)用。圖4-1為英國(guó)BallBurnishingMachineTools公司采用專用粘結(jié)劑制造的組合式凸輪軸，圖4-2為美國(guó)Torrington公司采用鍵連接式制造的組合式凸輪軸，用于北美和歐洲的轎車、輕型卡車上。而我國(guó)仍主要采用鉆孔制造空心凸輪軸，南方個(gè)別廠家利用熱裝法為國(guó)外制造空心凸輪軸。哈爾濱工業(yè)大學(xué)苑世劍教授等在國(guó)內(nèi)首先進(jìn)行了組合式空心凸輪軸內(nèi)高壓液壓裝配技術(shù)的研究，在哈工大的400MPa內(nèi)高壓成形機(jī)上，進(jìn)行了激冷鑄鐵凸輪單元與鋼管的裝配試驗(yàn)和468凸輪軸裝配試驗(yàn)。初步掌握了組合式空心凸輪軸制造工藝的模具設(shè)計(jì)、工藝過程及關(guān)鍵參數(shù)。（圖4-3）、（圖4-4）是哈工大在東安發(fā)動(dòng)機(jī)公司鑄鍛廠的配合下研制的鋼管尺寸為F18mm×3mm的HITCAM-1A組合式空心凸輪軸樣件照片。將所研制的HITCAM-1A組合式空心凸輪軸（進(jìn)氣、排氣各1支）安裝到東安發(fā)動(dòng)機(jī)公司DA468型發(fā)動(dòng)機(jī)中，在全速全功率發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了300h的運(yùn)轉(zhuǎn)，并定時(shí)檢驗(yàn)裝機(jī)運(yùn)行可靠性、裝機(jī)前后凸輪相位角變化、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率等相關(guān)指標(biāo)。經(jīng)裝機(jī)考核，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。HITCAM-1A組合式凸輪軸的強(qiáng)度、剛度及抗扭性能均滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求。裝機(jī)試驗(yàn)完成后，經(jīng)檢測(cè)該凸輪軸的相位角尺寸未發(fā)生變化，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。組合式空心凸輪軸制造原理：由一根厚壁鋼管和若干帶中心孔的凸輪和軸徑，在模具內(nèi)按一定間距和相位角布置（見圖4-5），通過鋼管內(nèi)部施加高壓液體使與凸輪和軸徑對(duì)應(yīng)的鋼管部位產(chǎn)生塑性變形，凸輪和軸徑產(chǎn)生彈性變形，卸載后凸輪和軸徑回彈形成與鋼管脹接。圖4-1英國(guó)公司研制的組合式凸輪軸圖4-2美國(guó)公司研制的組合式凸輪軸Fig.4-1TheassembledcamshaftofFig.4-2TheassembledcamshaftofBritishcompanyAmericancompany圖4-3哈工大研制的鋼管尺寸為F18mm×3mm的組合式空心凸輪軸Fig.4-3AssembledhollowcamshaftwiththesizeofF18mm×3mmproducedbyHIT圖4-4DA468組合式凸輪軸成品Fig.4-4ThefinishedproductofDA468assembledcamshaft圖4-5組合式凸輪軸裝配原理Fig.4-5Theassemblytheoryofassembledcamshaft第五章凸輪軸工藝設(shè)計(jì)5.1凸輪軸工藝設(shè)計(jì)的概述凸輪軸零件設(shè)計(jì)的任務(wù)是讓我們綜合運(yùn)用我們所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)控編程、CAD技術(shù)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造原理、機(jī)械加工、機(jī)械制造工藝等知識(shí)，來完成凸輪軸零件的三維造型設(shè)計(jì)、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關(guān)數(shù)控程序編制和相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)。通過這一環(huán)境的訓(xùn)練，使我不但更加深入了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)、而且學(xué)會(huì)使用這些理論、基本知識(shí)去了解解決工程中的問題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要對(duì)機(jī)械零件的加工設(shè)計(jì)制造過程有所了解，也是為了鞏固所學(xué)的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)加工的理論知識(shí),培養(yǎng)分析和解決問題的能力,提高自己的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。5.2凸輪軸設(shè)計(jì)的作用在進(jìn)行凸輪軸工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候勇于創(chuàng)新，從這個(gè)過程中可以學(xué)到很多東西。凸輪軸是一個(gè)比較復(fù)雜的曲軸，也是一個(gè)精密零件，所以在各方面加工要求都比較高，在加工以前要對(duì)凸輪軸零件材料加以精細(xì)選擇，作為以后加工的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)加工時(shí)對(duì)該件的尺寸規(guī)格要求都相當(dāng)嚴(yán)格，每進(jìn)行一步都要慎重考慮。這次設(shè)計(jì)將運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)。在提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，尋求最好的工藝方案，以至于減少生產(chǎn)過程中的成本。這些將在工藝和編程上得到體現(xiàn)。它的尺寸要求也比較嚴(yán)格，每一個(gè)凸輪的角度都要控制在公差范圍內(nèi)。但是還有一些復(fù)雜的問題得到改善，在工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存在很大的問題。這次設(shè)計(jì)將我所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，讓我提高了許多。5.3凸輪軸設(shè)計(jì)的結(jié)果和意義這樣的一次畢業(yè)實(shí)踐設(shè)計(jì)，讓我們進(jìn)一步培養(yǎng)了自己分析總結(jié)和表達(dá)能力，也鞏固，深化了在設(shè)計(jì)過程中所獲得的知識(shí)，也是對(duì)我們以往所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考驗(yàn)。它是通過對(duì)相關(guān)課程的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合，使課程內(nèi)容與崗位能力的培養(yǎng)緊密結(jié)合，使我們?cè)诋厴I(yè)實(shí)踐與設(shè)計(jì)過程中，能把所學(xué)的知識(shí)與崗位實(shí)踐聯(lián)系起來，達(dá)到崗位的要求。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我明白，自己在哪些方面還是薄弱的，欠缺的。借此機(jī)會(huì)再認(rèn)真地補(bǔ)一下，在以后的學(xué)習(xí)和工作中注意這些。積少成多，讓我明白學(xué)習(xí)的重要性，勇于置疑讓我明白只有在不斷的發(fā)問中才能增長(zhǎng)自己的見識(shí)，學(xué)以致用更是掌握知識(shí)，技巧的基礎(chǔ)，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用更能鞏固所學(xué)知識(shí)。5.4凸輪軸零件分析5.4.1加工要求在選擇各表面、孔及槽的加工方法時(shí)，要考慮加工表面的精度和表面粗糙度要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工；要根據(jù)生產(chǎn)類型選擇設(shè)備，在大批量生產(chǎn)中可采用高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。如、柴油機(jī)連桿小頭孔的加工，在小批量生產(chǎn)時(shí)，采用鉆、擴(kuò)、鉸加工方法；而在大批量生產(chǎn)時(shí)采用拉削加工；要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時(shí)容易堵塞砂輪，一般都采用精細(xì)車削，高速精銑等；要考慮工廠或車間的實(shí)際情況，同時(shí)也應(yīng)考慮不斷改進(jìn)現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平；此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機(jī)械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。5.4.2軸的要求(1)各種凸輪軸的技術(shù)要求1）支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度。2）止推面對(duì)于支承軸線的垂直度。3）凸輪軸基面的尺寸精度和相對(duì)于支承軸頸的軸線的同軸度。4）凸輪的位置精度。5）凸輪的形狀精度。(2)以發(fā)動(dòng)機(jī)該凸輪軸為例具體說明（如圖5-1）圖5-11）支承軸頸兩個(gè)支承軸頸的外圓尺寸φ43.85mm表面粗糙度Ra≤0.4μm.。2）凸輪凸輪基圓尺寸R15.5±0.05，表面粗糙度Ra≤0.8μm。凸輪上的孔選擇的加工方法是鉆，但其表面粗糙度的要求為，所以選擇加工的方法是鉆——擴(kuò)——鉸。圖5-23）軸上油壁孔軸上油壁孔尺寸為φ8mm。油孔底面的加工方案為底平面：粗銑——精銑（），粗糙度為，一般不淬硬的平面，精銑的粗糙度可以較小。4）軸上鍵槽軸上的鍵槽起地位作用，基本尺寸為13mm*6mm，左邊為φ6mm的半圓，表面粗糙度要求為3.2。第六章凸輪軸工藝分析先就幾個(gè)工藝問題探討如下：6、1凸輪軸毛坯轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸毛坯多采用冷激鑄鐵，加工余量小，可以直接粗、精磨成型。柴油機(jī)多采用鍛鋼凸輪軸或球鐵凸輪軸，為了減少金屬的切除量，多采用滾鍛制坯、平鍛成型工藝，但當(dāng)生產(chǎn)批量不大時(shí)，如年產(chǎn)量小于5萬(wàn)件，也可以用棒料切削成型，但材料的利用率較低。6、2主軸頸（支承軸頸）的加工主軸頸的加工多采用車?yán)駽NC車床車削，感應(yīng)淬火后粗、精磨珠軸頸工藝。傳統(tǒng)工藝主軸頸多采用多刀車削工藝，由于切削的變形量大，現(xiàn)已逐漸被車?yán)駽NC車床車削所代替，以適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。主軸頸的粗、精磨多采用多砂輪磨床一次粗、精磨成型，或采用單砂輪CNC磨床磨削，這要視生產(chǎn)批量的不同進(jìn)行選擇。6、3開檔加工冷激鑄鐵凸輪軸不需要切開檔，一次鑄造成型，減少了加工量。球鐵凸輪軸、棒料凸輪軸、鍛鋼凸輪軸均需切開檔。采用車?yán)瓩C(jī)床車?yán)駽NC車床車開檔工藝，切開檔應(yīng)充分注意減少凸輪軸的切削變形。如果采用HELLERCNC凸輪銑床，可以不必采用CNC車?yán)_檔，HELLER凸輪銑床可以同時(shí)將開檔和凸輪形狀在一臺(tái)設(shè)備上加工完成。過去傳統(tǒng)工藝多采用多刀車開檔，一次成型，但由于切削變形大，已逐漸被車?yán)駽NC車削或CNC銑削所代替。6、4凸輪加工6、4、1凸輪粗加工激冷鑄鐵凸輪軸的凸輪由于余量小，表面有冷硬層，一次粗、精磨成型。球鐵、棒料或鍛鋼凸輪軸的凸輪粗加工采用CNC無(wú)靠模凸輪軸銑床銑削凸輪外形。采用CNC控制，減少了靠模制造精度的影響，更換品種方便，只需改變程序即可加工不同的凸輪，生產(chǎn)率高，減少了靠模車削引起的凸輪軸的變形及制造誤差的影響。6、4、2凸輪精加工凸輪精加工選用CNC無(wú)靠模凸輪軸磨床一次粗、精磨成型，由于取消了靠模，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修整砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償、恒線速磨削、自動(dòng)軸向定位、砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡等技術(shù)使凸輪磨削精度大大提高。6、5凸輪超精加工（拋光）工藝的選擇傳統(tǒng)工藝中，凸輪采用單靠?；螂p靠模凸輪軸磨床磨削后，為了降低凸輪表面粗糙度數(shù)值，采用砂帶拋光機(jī)拋光凸輪。凸輪留的拋光余量為雙邊0.006～0.008mm，拋光后達(dá)到降低凸輪表面粗糙度數(shù)值的目的。但是采用CNC凸輪軸磨床磨削凸輪后，原則上不采用拋光工藝，因 CNC凸輪軸磨床磨削后保證了較高的升程誤差精度。若留有拋光余量，而拋光又不是CNC控制的，不能保證均勻去除余量，因此就有可能破壞經(jīng)CNC凸輪軸磨床磨削后的升程誤差精度。直接采用粗、精磨削，表面粗糙度可達(dá)Ra0.63～0.4μm，故可不再進(jìn)行拋光。6、6中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸跳動(dòng)量的保證凸輪軸中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸的跳動(dòng)量小于或等于0.03mm，為了保證這一跳動(dòng)量要求，主軸頸及開檔的粗加工，采用車?yán)駽NC車削加工以減少粗加工的變形量。中頻感應(yīng)淬火回火后，采用多觸點(diǎn)校直，控制其跳動(dòng)量小于或等于0.05mm，該多觸點(diǎn)校直機(jī)自帶直裂紋探傷檢測(cè)儀，經(jīng)校直有裂紋的凸輪軸從線上剔出。主軸頸磨削采用多砂輪磨削，帶自動(dòng)跟蹤中心架支承，減少凸輪軸的磨削變形。凸輪磨削，根據(jù)不同的凸輪軸，采用2～3個(gè)機(jī)動(dòng)中心架支承，以減少凸輪的磨削變形，從而達(dá)到中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸跳動(dòng)量要求。6、7凸輪軸的檢測(cè)凸輪軸的檢測(cè)分線外檢測(cè)（抽檢），在線檢測(cè)（100%），計(jì)量檢測(cè)（每班1～2根）。a、凸輪軸線外檢測(cè)（中檢）20J帶數(shù)顯的電感式測(cè)量?jī)x，測(cè)量全部主軸頸的尺寸精度，及中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸的跳動(dòng)30J帶數(shù)顯的電感式測(cè)量?jī)x，測(cè)量全部開檔尺寸及軸向尺寸80J無(wú)損傷硬度檢測(cè)90J帶數(shù)顯得電感式測(cè)量?jī)x，測(cè)量中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸的跳動(dòng)120J帶數(shù)顯的電感式測(cè)量?jī)x，測(cè)量各主軸頸尺寸、圓度、圓柱度及中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸的跳動(dòng)b、凸輪軸在線檢測(cè)采用MARPOSS或德國(guó)HOMMELWERKE在線綜合測(cè)量機(jī)，檢測(cè)主軸頸尺寸精度、圓度、圓柱度、中間主軸頸對(duì)兩端主軸頸跳動(dòng)量、檢測(cè)凸輪基圓尺寸及公差、凸輪升程誤差及相鄰每度升程誤差。c、凸輪軸計(jì)量檢測(cè)在計(jì)量室進(jìn)行檢測(cè)，室溫20±1°第七章傳動(dòng)凸輪軸加工與性能比較7、1毛坯比較凸輪軸毛坯材料一般都采用鍛鋼或棒料，選用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或低碳合金鋼，經(jīng)熱處理后具有較高的強(qiáng)度和良好的耐磨性及抗點(diǎn)蝕劑剝落等特點(diǎn)，但毛坯加工余量較大，凸輪間的開檔必須粗加工，凸輪軸經(jīng)冷熱加工后的變形大，又需增設(shè)校直工序。近年來凸輪軸采用冷激鑄鐵，同時(shí)又提高了鑄造技術(shù)，減少了凸輪加工余量和省去開檔粗加工和凸輪熱處理，凸輪可直接粗磨，精磨至成品，簡(jiǎn)化了加工，提高了精度。7、2冷激鑄鐵凸輪軸工藝分析以一實(shí)際凸輪軸為例介紹凸輪軸重要加工位置支撐軸頸和凸輪的工藝：（見圖7-1）1-支撐軸頸2-凸輪3-驅(qū)動(dòng)分電器的斜齒輪4-驅(qū)動(dòng)汽油泵的偏心輪圖7—1凸輪軸形狀示意圖7、2、1凸輪軸軸頸的加工尺寸鏈確定a、軸頸加工工序分析粗車—精車——粗磨—精磨每道工序都可以以軸心為基準(zhǔn)定位尺寸，確定加工余量。b、分析軸頸尺寸鏈（見圖7-2）a為各工序的加工前尺寸b為加工后尺寸c為加工余量圖7—2支撐軸頸尺寸鏈C、軸頸尺寸鏈的計(jì)算首先根據(jù)加工方法查出加工余量的大致值，運(yùn)用下列公式計(jì)算出軸頸每道加工工序前的基本尺寸，計(jì)算極限偏差和公差，最后計(jì)算平均尺寸。初步得出毛坯尺寸。如果得出值不符合要求和實(shí)際生產(chǎn)可以通過計(jì)算算出每道加工工序的加工余量，從而對(duì)工序尺寸公差進(jìn)行修改。加工余量分析計(jì)算式1)采用浮動(dòng)鏜刀鏜孔或浮動(dòng)鉸刀鉸孔或拉刀拉孔，由于這些加工方法不能糾正位置誤差Zmin=Ta+2(Ry+Ha)（7—1）2）無(wú)心磨床磨削外圓時(shí)無(wú)裝夾誤差，故算式可簡(jiǎn)化為Zmin=Ta+2(Ry+Ha)+2｜a｜(7—2)3）精密加工方法如研磨、超精加工等，加工時(shí)僅去掉上工序留下的加工痕跡，因此計(jì)算式可簡(jiǎn)化為Zmin=Ta+Ry+Ha(7—3)4）對(duì)于拋光，僅用于降低表面粗糙度，因此Zmin=Ry(7—4)參照基本尺寸計(jì)算公式如下計(jì)算各工序的基本尺寸A0=-(7—5)參照偏差及公差計(jì)算公式計(jì)算偏差和公差ES0=-(7-6)EI0=-(7—7)Tol=(7—8)工序號(hào)工序名稱計(jì)算項(xiàng)目工序尺寸公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸初擬修正后±?Ti±?TziZminZiMLiM1毛坯±0.650.062粗車±0.3±0.92.593.0650.0863精車±0.07±0.371.051.0547.084粗磨±0.25±0.0240.4590.59246.255精磨±0.012±0.01±0.0120.0550.06146.0037、2、2凸輪軸凸輪的加工尺寸鏈確定a、凸輪加工工序分析粗車—精車——粗磨—精磨由于毛坯的形狀為一較規(guī)則的凸輪，所以每道工序都可以以基圓圓心為基準(zhǔn)定位尺寸，確定加工余量b、分析凸輪尺寸鏈（見圖7-3）圖7-3凸輪的尺寸鏈?zhǔn)疽鈭Da為各工序的加工前尺寸b為加工后尺寸z為加工余量C、凸輪尺寸鏈的計(jì)算同樣運(yùn)用上述公式計(jì)算凸輪的尺寸鏈和加工余量運(yùn)用同樣的方法可以逐步的確定各個(gè)尺寸的公差，偏差和加工的技術(shù)要求，在此就省約。第八章傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程及主要問題7.1傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程毛坯→毛坯檢查→銑斷面，鉆中心孔，車軸頸→粗磨軸頸→鉆油孔道，擴(kuò)鉸球座孔，擴(kuò)螺紋底孔，攻絲，倒角，鉆軸頸油孔→粗磨凸輪→清洗→凸輪表面淬火→校直→精磨油頸→精磨凸輪→磁粉探傷→精車止推面→磷化→拋光油頸止推面→清洗→檢測(cè)軸頸和跳動(dòng)→壓裝鋼球及定位銷。7.2傳統(tǒng)整體式凸輪軸存在的主要問題（1）配氣機(jī)構(gòu)對(duì)凸輪軸各個(gè)部分的性能要求有很大不同：凸輪要求耐磨損、乃膠著、耐點(diǎn)蝕；軸頸要求滑動(dòng)性好；芯軸要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)凸輪軸很難滿足上述要求，材料利用也不盡合理。（2）傳統(tǒng)整體式鑄造或鍛造生產(chǎn)模式很難制造出凸輪密布排列的緊湊結(jié)構(gòu)。（3）傳統(tǒng)方法制造凸輪軸需要大量的機(jī)械加工工序，耗費(fèi)大量的機(jī)械加工工時(shí)，機(jī)床、刀具、夾具、操作人員和作業(yè)面積較難有新突破。(4)傳統(tǒng)加工需對(duì)凸輪表面進(jìn)行耐磨性強(qiáng)化處理，是對(duì)整體式凸輪軸進(jìn)行的并伴有的變形多數(shù)用人工校直，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不宜保證精度。（5）凸輪表面的機(jī)械加工較難進(jìn)行，也是影響加工質(zhì)量的重要因素。傳統(tǒng)方法制造凸輪軸，不僅使大量的才來哦變成廢屑，生產(chǎn)效率低、材料消耗與能源消耗大，自動(dòng)化水平低。在降低零件重量方面也難有作為。第九章裝配式凸輪軸制造工藝裝配式凸輪軸亦稱組合式輪軸，是將凸輪軸分解成凸輪、芯軸、軸頸等可裝配件。分別進(jìn)行材料優(yōu)化及精益加工后，再組裝成凸輪軸的新型組合設(shè)計(jì)與現(xiàn)在制造模式。目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鍛鋼（經(jīng)高頻淬火），有的采用球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。生產(chǎn)中采用自動(dòng)線多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，生產(chǎn)成本較高。而裝配式凸輪軸只需半精加工和精加工，凸輪、齒輪、軸套可采用不同的材料，因此產(chǎn)品質(zhì)量可減輕30％～50％；可柔性化生產(chǎn)，設(shè)備投資小，生產(chǎn)線占地面積少，生產(chǎn)成本較低。目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鍛鋼(經(jīng)高頻淬火)，有的采用球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。生產(chǎn)中采用自動(dòng)線多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，生產(chǎn)成本較高。而裝配式凸輪軸只需半精加工和精加工，凸輪、齒輪、軸套可采用不同的材料，因此產(chǎn)品質(zhì)量可減輕30％~50％；可柔性化生產(chǎn)，設(shè)備投資小，生產(chǎn)線占地面積少，生產(chǎn)成本較低。9.1裝配式凸輪軸工藝流程圖9-1裝配式凸輪軸工藝流程裝配式凸輪軸內(nèi)凸輪、軸套、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后聯(lián)成完整凸輪軸。裝配過程是人工將所有凸輪軸組裝。部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒中，鋼管穿到各部件孔中，在安裝上料盒中進(jìn)行初定位。啟動(dòng)設(shè)備后，該上料盒進(jìn)入設(shè)備中，首先用工裝測(cè)頭進(jìn)行部件到位檢測(cè)，并驗(yàn)證凸輪放置位置是否正確。驗(yàn)證通過后，使用機(jī)械手將凸輪軸上料到凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動(dòng)以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時(shí)夾緊各部件，并伸出頂桿將直徑超過管子內(nèi)徑的鋼球穿過整個(gè)鋼管內(nèi)徑，鋼管外的凸輪軸部件在受到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝稱為管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法。裝配式凸輪軸和整體式凸輪軸比較裝配式凸輪軸經(jīng)濟(jì)性整體式凸輪軸經(jīng)濟(jì)性工藝流程只有半精加工和精加工，工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少+有粗加工，半精加工和精加工，設(shè)備多加工余量加工余量小只精磨主軸頸和凸輪+加工余量大，需粗磨、半精磨、精磨軸頸和凸輪-柔性化工藝簡(jiǎn)單，采用柔性化生產(chǎn)，采用多臺(tái)CNC加工中心、車床、磨床集中式加工，具有較高的柔性化+加工工藝程序多，多采用自動(dòng)線多工位方式，柔性化較低-設(shè)備投資由于采用柔性化生產(chǎn)，可提高預(yù)期產(chǎn)量規(guī)模分期實(shí)施，留有地方進(jìn)一步擴(kuò)展，分期投資，可降低投資風(fēng)險(xiǎn)+采用自動(dòng)線，設(shè)備數(shù)和工位數(shù)多，初期投資較大，也不便與產(chǎn)能的擴(kuò)大-生產(chǎn)線占地面積占有較少場(chǎng)地+占用較大的場(chǎng)地-生產(chǎn)成本由于采用粉末冶金等材料，加工余量小，將減少生產(chǎn)成本，料廢率較低+多次磨削不僅使設(shè)備投資大，也使刀具成本大-毛坯成本各組裝部件加工余量控制嚴(yán)格，精度較高，所以毛坯成本較省-毛坯積案成本較低+產(chǎn)品性能凸輪軸總重量減輕30%～50%，強(qiáng)度高，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能+表3第十章裝配式凸輪軸工藝流程10、校直20、加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動(dòng)孔（2臺(tái)加工中心并行加工）30、車軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪廓40、磨軸頸及導(dǎo)向輪轂50、滾齒60、壓銷子70、磨凸輪（3臺(tái)磨床并行加工）80、凸輪淬火90、去毛刺100、校直軸頸110、凸輪軸頸及凸輪拋光120、清洗130、綜合檢測(cè)裝配式凸輪軸內(nèi)凸輪、套軸、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后連成完整凸輪軸。裝配過程是人工將所有凸輪軸組裝部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒（Camshaftpre-AssemblyNeat）中，鋼管穿到各部件孔中，在安裝上料盒中進(jìn)行初定位。啟動(dòng)用工裝測(cè)頭（ComponentProbeTooling）進(jìn)行部件到位檢測(cè)，并驗(yàn)證凸輪放置是否正確。驗(yàn)證通過后使用機(jī)械手將凸輪軸上料到凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動(dòng)以精確定位凸輪、各軸頸、齒輪。到位后同時(shí)加緊各部件并伸出頂桿將直徑超過管子內(nèi)經(jīng)的鋼球穿過整個(gè)鋼管內(nèi)徑，鋼管外凸輪軸部件在受到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝稱為管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法。第十一章裝配式凸輪軸裝配工藝方法11.1熱套法在熱套法中，按照熱學(xué)連接方法制造組合式凸輪軸。常溫下，外部零件的孔和內(nèi)部管子的外徑之間有過盈，裝配之前先對(duì)外部零件(凸輪、軸套)進(jìn)行加熱、對(duì)內(nèi)部管子進(jìn)行冷卻，籍以消除過盈。這種工藝方法允許在短暫的時(shí)間內(nèi)完成連接過程，在軸向尺寸和角度位置方面都有很高的精度。有些制造商選擇了在凸輪位置上使柔軟的管子張開以連接外部零件(凸輪、軸套)的方法。需要連接的零件就被壓在軸上，由此形成了一種形狀連接的和力連接的壓配。11.2硬釬焊/燒結(jié)法一些制造商利用硬釬焊/燒結(jié)法制造組合式凸輪軸。在采用PM(粉末金屬)燒結(jié)材料時(shí)，赫茲擠壓應(yīng)力的限值在1200MPa左右。此限值也可提高到2000MPa以下，視燒結(jié)合金的成分而定。11.3內(nèi)部高壓成形法還有一種通過內(nèi)部高壓成形(IHU)的凸輪軸，在這種IHU工藝過程中，已經(jīng)淬硬了的凸輪圈以力連接和形狀連接的方式與通過內(nèi)部的高壓力變形的鋼管制成的軸相連接，見圖12-1。凸輪圈的內(nèi)部輪廓明顯地偏離圓形，以便實(shí)現(xiàn)形狀連接。通過在凸輪旁邊將管子材料往外壓出一些而達(dá)到凸輪的軸向定位，壓出的尺寸是1/10左右。這種工藝制成的組合式凸輪軸已經(jīng)成功地應(yīng)用于奧迪公司2003年投入成批生產(chǎn)的V6-TDI轎車柴油機(jī)中，見圖12-2。組合式凸輪軸由壁厚為2.5mm和3mm的精密鋼管(St37-2)、用100Cr6鋼制成的等溫淬火凸輪圈以及鋼質(zhì)堵頭或者焊接的終端零件組成。整個(gè)周長(zhǎng)上等壁厚的凸輪圈被置入一臺(tái)專門的設(shè)備中，這臺(tái)設(shè)備可以保證軸向?qū)?zhǔn)凸輪圈中心線和凸輪圈的轉(zhuǎn)角位置。鋼管穿過如此定位的凸圖12-1從內(nèi)部施加高壓制造組合式凸輪軸的工藝圖12-2奧迪6-轎車柴油機(jī)中的組合式凸輪軸藝接著，一臺(tái)真空抓取機(jī)將預(yù)先定位好的各個(gè)零件放到帶IHU工具的油壓機(jī)上，IHU工具的模腔形狀正好與制好的毛坯軸的外形輪廓一致。將液體介質(zhì)注入管內(nèi)之后，管子兩端用軸向沖頭封死。通過將管內(nèi)壓力提高至300MPa，整個(gè)管子發(fā)生塑性變形，直至貼合在IHU工具上。此時(shí)，在管子和凸輪之間就發(fā)生了力連接和形狀連接。11.4管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法還有一種通過管內(nèi)滾壓擴(kuò)張制造組合式凸輪軸的工藝。管內(nèi)滾壓法的前提是采用薄壁管子作為內(nèi)部零件，其基礎(chǔ)是滑動(dòng)滾壓原理，只是插入的管子元件具有較大的滾壓過盈量。利用這種方法，使得軸在帶孔的外部零件中發(fā)生局部的擴(kuò)張。這種方法的開發(fā)，最初是為了加工制造長(zhǎng)的、管狀的連接零件。使用帶有滾壓過盈量、穿過內(nèi)管的滾壓工具，使內(nèi)管發(fā)生塑性擴(kuò)張。如果在滾壓處的外面有一個(gè)相應(yīng)的、間隙較小的外部零件，那么這個(gè)外部零件就由于往外推擠的內(nèi)管而發(fā)生彈性變形，以致通過內(nèi)管的塑性擴(kuò)張，同時(shí)還由于接縫處的外部零件的彈性反彈作用而發(fā)生很高的面壓配，由此形成力連接，見圖12-3。圖12-3管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法的原理接縫連接強(qiáng)度主要取決于滾壓體的直徑和連接副的材料。此